Manual de usuario RockPlane - GeoStru Software

I
RockPlane
RockPlane
Parte I Introducción 1
1 Introducción ................................................................................................................................... 1
2 Unidad ................................................................................................................................... de medida
1
Parte II Menú 1
1 Archivo ................................................................................................................................... 1
2 Modificar ................................................................................................................................... 2
3 Ver
................................................................................................................................... 2
4 Datos generales ................................................................................................................................... 3
Parte III Aplicaciones 4
1 Modelo ................................................................................................................................... de cálculo
4
2 Geometría ................................................................................................................................... del bloque
5
3 Obras de ................................................................................................................................... refuerzo
6
4 Posición ................................................................................................................................... Obras de Refuerzo
8
5 Características ................................................................................................................................... mecánicas
8
6 Sismo
................................................................................................................................... 9
Parte IV Notas teóricas 9
1 Notas teóricas ................................................................................................................................... 9
Parte V Contactos 12
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I

1
RockPlane
1 Introducción
1.1 Introducción
El software RockPlane efectúa el cálculo de la estabilidad de bloques de roca en
condiciones estáticas y sísmicas, permitiendo planificar eventuales obras de refuerzo de
estabilización con: clavos, anclajes activos y pasivos. El modelo de cálculo utilizado es el
de equilibrio límite con dos criterios de rotura : Mohr-Coulomb o Barton-Bandis.
Las verificaciones realizadas interesan los estado límites de desplazamiento y vuelco; las
acciones previstas son: el peso, la fuerza de inercia debida al sismo, el empuje
hidrostático en la tension crack.
1.2 Unidad de medida
RockPlane utiliza la unidad de medida del Sistema Internacional:
Pesos en KN;
Resistencia roca MPa;
Resistencia armadura en N/mm2;
Fuerza en KN;
Longitud en m.
2 Menú
2.1 Archivo
Nuevo
Crea un nuevo proyecto.
Abrir
Abre un proyecto existente.
Guardar
Guarda los datos añadidos en el proyecto actual .
Guardar como
Guarda el proyecto actual con un nombre definido por el usuario.
Creación de proyecto guiado
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Menú 2
Datos para iniciar la creación de un proyecto. Con este comando el usuario visualiza en
video un bloque romboidal con superficie de rotura plana de tipo Q.
Impostar impresora
Imposta la impresora con la cual efectuar la impresión.
Vista preliminar
Visualiza la vista preliminar del documento a imprimir e imprime el área de trabajo
interesada en escala seleccionada por el usuario.
Trabajos recientes
Visualiza los últimos tres proyectos guardados.
Salir
Salir del programa.
2.2 Modificar
Copiar
Copia en los apuntes las imágenes presentes en la hoja de trabajo.
2.3 Ver
Rediseñar
Rediseña el bloque eliminando eventuales errores de visualización en video.
Zoom Todo
Efectúa el zoom del diseño, visualiza el mismo al 100%.
Zoom ventana
Hacer un click en el área de trabajo manteniendo presionado el pulsante izquierdo del
mouse, desplazando el mouse hasta definir una ventana con las
dimensiones deseadas; soltar el pulsante del mouse.
Zoom dinámico
Hacer un click en un punto y desplazar manteniendo presionado el pulsante izquierdo.
Zoom anterior
Lleva las imágenes en video en las dimensiones precedentes al zoom.
Mover
Mover en la hoja de trabajo actual la imagen del proyecto sin modificar las coordenadas.
El comando es útil para tener una panorámica interactiva.
Reflejar
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RockPlane
Gracias a este comando es posible obtener un reflejo horizontal del gráfico.
Dimensiones textos
Es posible dar una dimensión al texto.
Definir como vértice acotado
La cota viene visualizada con un click sobre el punto deseado.
Insertar texto
Introduce un texto dentro del gráfico.
Borrar texto
Cancela el texto introducido.
Distancia
Es posible calcular la distancia entre dos puntos.
Salir comando
Consiste en salir del comando seleccionado.
2.4 Datos generales
Vértices perfil
A través del comando es posible asignar los vértices en el gráfico..
Borrar vértices
Es posible cancelar los vértices introducidos.
Definir como vértice acotado
Haciendo un click sobre el punto deseado la cota viene visualizada.
Geometría bloque (ver Geometría del bloque)
La selección del comando visualiza un panel lateral en el cual es posible elegir la forma del
bloque y definir la geometría.
El bloque triangular o romboidal, con superficie deslizamiento en superficie plana de:
tipo A: triangular con fractura;
tipo B: triangular con superficie plana;
tipo Q: romboidal con fractura.
Características anclajes (ver Obras de refuerzo)
La definición de la obra de refuerzo estabilizadora activa el panel lateral Obras de refuerzo
en la cual se introducen los parámetros de la obra estabilizadora que pude ser del tipo :
Anclaje activo;
Anclaje pasivo;
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Menú 4
clavo.
Posición obras de refuerzo
La posición de las obras de refuerzo es definida en el panel lateral Definición Obras de
refuerzo.
Características bloque (ver Características mecánicas)
Las características geotécnicas del bloque y de la tension crack van definidas en el panel
lateral Bloque.
Sismo (ver Sismo)
Para la definición de los parámetros de cálculo de la fuerza de la inercia del bloque es
necesario seleccionar el panel Sismo.
3 Aplicaciones
3.1 Modelo de cálculo
RockPlane es un software interactivo para el análisis de la estabilidad de bloques de roca
en condiciones estáticas y sísmicas ; lo cual permite , dar diferentes dimensiones las
obras de refuerzo, anclajes activos, pasivos y clavos.
Las verificaciones conducidas son aquellas de corrimiento a través la superficie de
desplazamiento o vuelco con respecto al pie del bloque.
Los coeficientes de seguridad son definidos como relación entre la resistencia a corte a
través el plano de desplazamiento y el esfuerzo de corte movilizado a través de la misma
superficie.
La hipótesis de base es que la rotura se genera por el alcance de la resistencia límite en
todos los puntos de la superficie de desplazamiento contemporáneamente.
Para la resistencia a corte se pueden utilizar:
Criterio de rotura de Mohr Coulomb
f
c
(
n
u)tg
Criterio de rotura de Barton-Bandis
f
ntg
JRC * log
JCS
n
r
La elección del criterio a utilizar depende de los parámetros introducidos por el usuario en
el panel Características mecánicas bloque 8 (JRC e JCS) y de la selección de la opción
relativa al aumento del ángulo de rozamiento de la junta por efecto de la aspereza y
ondulaciones, presente dentro el mismo panel.
En el caso en el cual las verificaciones no sean satisfactorias y el usuario tenga que
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prever una obra de refuerzo de estabilización con clavos o anclajes, para planificar
correctamente la obra son necesarias las siguientes fases:
Fase I
Definición de la tipología de la obra de refuerzo (clavo o anclaje) con las características
geométricas y mecánicas del panel Obras de refuerzo 6 . Para tener un anclaje activo
seleccionar Comportamiento=anclaje, mientras que para los anclajes pasivos o clavos,
Comportamiento=clavo.
Fase II
Efectuar el cálculo hasta que el programa pueda calcular el tiro del proyecto, en base al
tipo de obra de refuerzo definido por el usuario, y la fuerza de resistencia solicitada para
tener una factor de seguridad impuesto por el usuario.
Fase III
Planificar las obras de refuerzo en el panel Posición obras de refuerzo 8 : la fuerza
resistente solicitada puede ser distribuida en más archivos en función del tiro de proyecto
obtenido por el anclaje tipo definido por el usuario.
Fase IV
Realizar nuevamente el cálculo para realizar las verificaciones luego de las obras de
refuerzo.
3.2 Geometría del bloque
Inclinación pared externa - Talud
Inserir el ángulo de inclinación del frente del bloque con respecto al horizontal pasante
por el pie (Slope angle).
Altura del bloque
Inserir la altura del bloque medida a partir del pie hasta la cabeza (Block Height).
Inclinación plano de deslizamiento
Inserir la inclinación de la superficie de deslizamiento del bloque con respecto al horizontal
pasante para el pie (Slide angle).
Espesor del bloque
Indicar el espesor de la cabeza del bloque (Block Width).
Inclinación pared interna - Fractura
Indicar la inclinación de la tension crack con respecto al horizontal pasante para el origen
de la fractura (Fracture angle).
Inclinación cabeza
Inserir la inclinación de la cabeza del bloque medida con respecto al horizontal (Crest
angle).
Profundidad del bloque
Indicar la profundidad del bloque en la dirección octogonal a la visualización del mismo.
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Aplicaciones 6
Color
Es posible asignar el color al bloque.
3.3 Obras de refuerzo
Anclajes y clavos
Un anclaje o clavo es constituido por tres partes funcionales:
Cabeza de anclaje
Es la parte con la cual la estructura es anclada a la roca, es en acero y es formada por un
dispositivo de bloqueo y una plancha de apoyo, al cual pueden ser asociados los bloques
en hormigón o trabes en acero en caso de tensiones de gran importancia.
Longitud libre
Es el tramo comprendido entre la cabeza del anclaje y la cimentación y representa la
parte que se puede deformar y cuando ocurre el la fase de tensión. Tiene que tener una
longitud tal de pasar el plano de deslizamiento del bloque. La función es la de transmitir la
tensión de tracción por la cabeza del bulbo.
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Cimentación o bulbo de anclaje
Es la zona con la tarea de transmitir la tensión de tracción del anclaje a la roca mediante
la inyección de cemento o resina que va a cubrir la armadura y rellenar el foro. La longitud
del bulbo es determinada por las propiedades geotécnicas del terreno y por la capacidad
del anclaje.
Por cada tipo de obra sea con clavo o con anclaje, se solicitan los siguientes parámetros:
Diámetro de cimentación
Inserir el diámetro del bulbo.
Longitud cimentación
Inserir la longitud del bulbo.
Profundidad media bulbo anclaje
Inserir la distancia media de la cimentación de la obra de refuerzo del plano campo de la
aglomeración.
Rozamiento terreno de anclaje
Inserir el ángulo de rozamiento del material en el cual viene sumergida la cimentación.
Cohesión
Inserir el valor de la cohesión del terreno de cimentación de la obra de refuerzo.
Resistencia de cálculo armadura
Inserir el valor de resistencia máxima a tracción de la armadura.
Resistencia compresión roca
Inserir la resistencia a compresión de la aglomeración rocosa.
Adherencia acero hormigón
Inserir el valor de la adherencia entre la inyección de cemento y la armadura.
Coeficiente de seguridad
Inserir el factor de seguridad en las verificaciones efectuadas en la obra de refuerzo:
generalmente este valor se pone igual a 2 para obras de refuerzo temporáneas, a 2,5 para
aquellas permanentes.
Comportamiento
El usuario puede elegir la tipología de obra entre clavo, anclaje pasivo o activo: para los
anclajes activos la reacción a lo largo del plano de desplazamiento se quita a las fuerzas
desestabilizadoras; para las obras pasivas (clavos o anclajes pasivos) el componente de la
obra a lo largo del plano de desplazamiento se suma a las fuerzas resistentes.
RockPlane realiza el cálculo de la reacción del anclaje en función de los parámetros
introducidos, evaluando:
la resistencia límite derivada del deslizamiento de la obra de refuerzo del terreno;
la resistencia por efecto de la adherencia de acero-cemento (desacoplamiento del acero
de la cimentación de la cimentación);
la resistencia límite a tracción de la armadura.
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Aplicaciones 8
La resistencia límite de proyecto viene asumida igual al mínimo de los valores precedentes
reducidos por el factor de seguridad.
3.4 Posición Obras de Refuerzo
El usuario puede inserir una o más archivos de refuerzo del mismo tipo.
Intereje
Inserir el intereje de los refuerzos en la dirección octogonal a vista del bloque.
Fs impuesto
Inserir el factor de seguridad que se desea obtener con respecto al estado límite de
desplazamiento.
Inclinación resultante
Introducir la inclinación media del resultante de las reacciones de los varios refuerzos
planificados.
Nr.
Número de orden de la obra de refuerzo (1, 2, 3, ecc.)
Yt
Distancia de la cabeza del refuerzo al pie del bloque.
Inclinación
Inclinación del refuerzo con respecto al horizontal.
Tiro
Tiro de proyecto de la obra de refuerzo . Tal valor se obtiene por un primer análisis
obtenido definiendo el anclaje tipo en Obras de Refuerzo: el programa devuelve el anclaje
total necesario para tener el factor de seguridad Fs impuesto. A este punto, el usuario
puede planificar en número de obras de refuerzo necesarios, en función del tiro de
proyecto obtenido para el anclaje tipo.
3.5 Características mecánicas
Per la caracterización mecánica del bloque se solicitan los siguientes datos:
Peso específico del bloque
Inserir el peso por unidad de volumen del que.
Altura crítica agua
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Inserir la altura alcanzada por el agua en la tension crack.
Ángulo de rozamiento de la junta
Inserir el ángulo de rozamiento de la junta a corte del material de la junta.
Joint Roughness Coefficient (JRC)
Inserir el valor del parámetro sin dimensiones JRC representativo de la aspereza de la
junta. Tal parámetro es necesario si se quiere aplicar el criterio de ruptura de Barton-
Bandis.
Joint Compression Strength (JCS)
Inserir el valor de la resistencia a compresión del material de la junta. Tal parámetro es
necesario si se quiere aplicar el criterio de ruptura de Barton-Bandis.
Ángulo de dilatación de la junta
La introducción del ángulo de dilatación de la junta, comporta un aumento de la inclinación
del plano de desplazamiento exactamente igual a la dilatación.
Aumento del ángulo de rozamiento por efecto de las ondulaciones y aspereza de la
junta
Seleccionando esta opción es considerado el criterio de ruptura de Barton-Bandis (ver
Notas teóricas). Es decir el ángulo de rozamiento del material de la junta viene
aumentado de un ángulo en función del coeficiente JCR y de la resistencia JCS.
3.6 Sismo
Para efectuar las verificaciones de estabilidad del bloque en condiciones pseudoestáticas,
el usuario puede definir los coeficientes sísmicos K h e K v horizontales y
verticales. Los mismos se aplican al peso del bloque para el calculo de la fuerza de inercia
del mismo.
4 Notas teóricas
4.1 Notas teóricas
Las verificaciones sobre el bloque son conducidas en la hipótesis de equilibrio límite y en
particular a la formulación a continuación que supone la presencia del empuje hidrostático,
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Notas teóricas 10
en la fractura che delimita cuesta arriba el volumen de roca, y de la fuerza sísmica.
A continuación s e muestran los parámetros y las grandezas que intervienen en la
escritura de las ecuaciones utilizadas para resolver el problema.
Por lo tanto:
Escribiendo las ecuaciones de equilibrio y asumiendo para la resistencia a corte sobre la
discordancia de base la relación de Mohr-Coulomb, con las indicaciones anteriormente
explicadas podemos prevenir a las reacciones que exprimen el factor de seguridad al
deslizamiento, la fuerza externa estabilizadora necesaria para asegurar un asignado valor
del factor de seguridad a desplazamiento y el factor de seguridad a vuelco.
Factor de seguridad a desplazamiento
F
s
W cos kW sin Rq
sin( )
W sin kW cos R cos(
q
S
w
sin(
)
S
w
') tg(
cos(
')
ieff )
Fuerza externa estabilizadora necesaria para asegurar un asignado factor
de seguridad a desplazamiento (Fs)
R
q
S
w
sin
tg(
ieff )
FsW
sin
F cos(
s
Fs
Sw
cos(
) sin(
')
W cos tg(
) tg(
ieff )
ieff )
F kW cos
s
Factor de seguridad a vuelco
F
r
kWy
WX
g
g
S
w
R ( y cos
q
t
cos(90
i
)
x sin )
y
w
t
x tg(
w
')
Como ya hemos precisado, en las verificaciones, teniendo presente del particular contexto
en el cual se coloca la obra de refuerzo, es oportuno asumir con cautela, condiciones que
en general resultan seguramente graves (fractura cuesta arriba completamente llenada
por agua, presencia de fuerza debida a las acciones sísmicas), que no es oportuno excluir.
El procedimiento utiliza una fase preliminar de proyecto desarrollada imponiendo un valor
asignado al factor de seguridad al desplazamiento y calculando el valor total de la fuerza
externa necesaria.
Calculado el esfuerzo en el anclaje de proyecto viene definido el número de anclajes
necesarios y establecida la posición de los mismos.
A este punto, referidos a la configuración final de proyecto, son de nuevo calculados los
factores de seguridad a desplazamiento y al vuelco. Por tales valores se asume como
referencia el valor 1.30.
Para el cálculo del esfuerzo en el anclaje de proyecto se sigue el procedimiento que sigue.
Con referencia a la siguiente nota:
D = Diámetro de la cimentación.
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l f = Longitud de la cimentación.
K = Coeficiente función del ángulo de rozamiento roca de anclaje.
= Peso unidad de volumen de la roca de anclaje.
t = Profundidad media anclaje.
d = Diámetro del anclaje.
ad = Tensión tangencial admisible de adherencia.
ys = Tensión correspondiente al límite elástico convencional del acero.
Tiro de proyecto anclaje individual
Tiro límite último anclajes de terrenos incoherentes
N
fu
D
I
f
K
t
Adherencia acero - cls
N
ad
d
I
f
ad
Resistencia última armadura
N
yf
d
4
2
ys
Se asume como tiro de proyecto el mínimo entre los esfuerzos N fu
/ f , N ad
e N f
:
N
q
N
min
f
donde el coeficiente de seguridad f è:
f = 2 por anclajes temporáneos;
f = 2.5 por anclajes permanentes.
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Contactos 12
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